美国开发出直接利用太阳光的热能发电技术.doc

丨丨全讯网2丨美国开发出直接利用太阳光的热能发电技术目前，人们可以利用太阳能电池直接把阳光转为电力;也可以利用阳光加热水，再利用蒸气驱动涡轮，这些都是已经很成熟的技术。但近日，英国新科学家杂志网站在报道中指出，从理论上而言，我们还有第三种方法，也就是直接利用阳光的热能来发电。而且，美国科学家使用钨丝制造的设备就做到了这一点，其光电转化效率高达37%，性能优于目前最好的硅基太阳能电池。制造阳光捕获器所用的钨丝在显微镜下的结构图太阳热能可直接转化为电为了用太阳光发电，人们可以使用光伏电池直接将太阳光转化为电，或者使用太阳光的热量将水加热，接着让产生的水蒸气驱动涡轮来发电。目前，这两个领域都有一些比较成熟的相关技术。但是，或许从理论上来说，我们还有第三条路可走，那就是直接用热来发电，而不需要蒸汽或者涡轮。在这种情况下，几乎所有的入射能量都能被转化为电，然而，标准的太阳能电池因为对某些频率的太阳光非常敏感，而对其他频率的太阳光不敏感，所以只能将部分太阳能转化为电。而且，与加热水再发电方法不同的是，第三种方法并不需要麻烦的力学过程。这样的一套系统一旦建立好，不需要太多的人力和管理就可以很好地运行。美中不足的是，这种将阳光转化为热能再转化为电能的装置，在阳光直接照射下无法让水的温度比沸水更高。原因在于，当水的温度远高于开水的温度时，其吸收热量的速度和散热的速度一样快。这就有点令人抓狂了，因为这类直接转化需要达到700摄氏度才能变得很有效率，而不使用特殊且昂贵的聚光球面镜来聚集入射光根本无法做到这一点。但现在，美国麻省理工学院的科学家皮特博莫尔和同事在纳米研究快报杂志上指出，他们研制出了一种阳光捕获器，能够不使用聚光球面镜来聚集入射的太阳光。新阳光捕获器由钨丝制成博莫尔提出的阳光捕获器是经过复杂方式处理过的一层纤薄的钨。其面对太阳的表面满满覆盖着极其微小的凹洞;另一面则蚀刻成光子晶体结构且面朝特殊类型的由砷化铟镓制成的太阳能电池，光子晶体结构使得这一面能够有选择地散发出频率能够最大限度地被太阳能电池所接受的红外线辐射。而且，正反两面都能由制造计算机芯片的光刻法制造而成。正是这些直径仅为3/4微米、深为3微米、分开排列在一个4/5微米宽的网格中的凹洞发挥了捕获光线的作用。当设备对齐使得凹洞直指太阳时，大部分入射光会穿过这些凹洞进入底部，在此处被钨吸收。就像热力学定律指出的那样，这些光线旋即会释放出来并辐射出去。然而，来自于一个凹洞内部的热辐射在逃入外面的世界时，很可能会遇到凹洞的壁。如此一来，整个吸收和再辐射过程又再次发生，结果会使凹洞的钨变得非常热。为了将热变成电，光子晶体会将热导向太阳能电池内。光子晶体是一个蚀刻在钨丝表面的规则的几何图案，只要对这些图案进行很好地调谐，它可以强化特定频率的红外线，并抑制某些频率的红外线，尽量释放出能最有效地被砷化铟镓太阳能电池所捕获的红外线，以增强其吸收效率。根据博莫尔的计算，新系统的光电转化效率能高达37%。而现在不使用镜子聚集入射光的标准硅基太阳能电池的最大转化效率仅为28%，使用镜子的标准硅基太阳能电池的最大转化效率为31%，因此，最新研究在光电转化效率上有了明显提升。当然，下一步是尽量让其变成现实，博莫尔对计算结果的准确性非常有信心。人们一般用钨丝来制造白炽灯的灯丝。但是，钨丝的这种作用正在变得过气，因为它们会将很多通过它们的电能转化为热而非光。具有讽刺意义的是，正是这一缺点不仅让钨丝获得新生，而且也有助于解决能源短缺问题。目前，人們可以利用太陽能電池直接把陽光轉為電力;也可以利用陽光加熱水，再利用蒸氣驅動渦輪，這些都是已經很成熟的技術。但近日，英國新科學傢雜志網站在報道中指出，從理論上而言，我們還有第三種方法，也就是直接利用陽光的熱能來發電。而且，美國科學傢使用鎢絲制造的設備就做到瞭這一點，其光電轉化效率高達37%，性能優於目前最好的矽基太陽能電池。制造陽光捕獲器所用的鎢絲在顯微鏡下的結構圖太陽熱能可直接轉化為電為瞭用太陽光發電，人們可以使用光伏電池直接將太陽光轉化為電，或者使用太陽光的熱量將水加熱，接著讓產生的水蒸氣驅動渦輪來發電。目前，這兩個領域都有一些比較成熟的相關技術。但是，或許從理論上來說，我們還有第三條路可走，那就是直接用熱來發電，而不需要蒸汽或者渦輪。在這種情況下，幾乎所有的入射能量都能被轉化為電，然而，標準的太陽能電池因為對某些頻率的太陽光非常敏感，而對其他頻率的太陽光不敏感，所以隻能將部分太陽能轉化為電。而且，與加熱水再發電方法不同的是，第三種方法並不需要麻煩的力學過程。這樣的一套系統一旦建立好，不需要太多的人力和管理就可以很好地運行。美中不足的是，這種將陽光轉化為熱能再轉化為電能的裝置，在陽光直接照射下無法讓水的溫度比沸水更高。原因在於，當水的溫度遠高於開水的溫度時，其吸收熱量的速度和散熱的速度一樣快。這就有點令人抓狂瞭，因為這類直接轉化需要達到700攝氏度才能變得很有效率，而不使用特殊且昂貴的聚光球面鏡來聚集入射光根本無法做到這一點。但現在，美國麻省理工學院的科學傢皮特博莫爾和同事在納米研究快報雜志上指出，他們研制出瞭一種陽光捕獲器，能夠不使用聚光球面鏡來聚集入射的太陽光。新陽光捕獲器由鎢絲制成博莫爾提出的陽光捕獲器是經過復雜方式處理過的一層纖薄的鎢。其面對太陽的表面滿滿覆蓋著極其微小的凹洞;另一面則蝕刻成光子晶體結構且面朝特殊類型的由砷化銦鎵制成的太陽能電池，光子晶體結構使得這一面能夠有選擇地散發出頻率能夠最大限度地被太陽能電池所接受的紅外線輻射。而且，正反兩面都能由制造計算機芯片的光刻法制造而成。正是這些直徑僅為3/4微米、深為3微米、分開排列在一個4/5微米寬的網格中的凹洞發揮瞭捕獲光線的作用。當設備對齊使得凹洞直指太陽時，大部分入射光會穿過這些凹洞進入底部，在此處被鎢吸收。就像熱力學定律指出的那樣，這些光線旋即會釋放出來並輻射出去。然而，來自於一個凹洞內部的熱輻射在逃入外面的世界時，很可能會遇到凹洞的壁。如此一來，整個吸收和再輻射過程又再次發生，結果會使凹洞的鎢變得非常熱。為瞭將熱變成電，光子晶體會將熱導向太陽能電池內。光子晶體是一個蝕刻在鎢絲表面的規則的幾何圖案，隻要對這些圖案進行很好地調諧，它可以強化特定頻率的紅外線，並抑制某些頻率的紅外線，盡量釋放出能最有效地被砷化銦鎵太陽能電池所捕獲的紅外線，以增強其吸收效率。根據博莫爾的計算，新系統的光電轉化效率能高達37%。而現在不使用鏡子聚集入射光的標準矽基太陽能電池的最大轉化效率僅為28%，使用鏡子的標準矽基太陽能電池的最大轉化效率為31%，因此，最新研究在光